DE102020110120A1

DE102020110120A1 - Erkennung offener pins für analog-digital-wandler

Info

Publication number: DE102020110120A1
Application number: DE102020110120.1A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Albel; Matthias Bogus; Christian Heiling; Jaafar Mejri; Markus Zannoth
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2020-04-13
Publication date: 2020-10-22
Also published as: CN111835352A; US10574258B1

Abstract

Ein Verfahren beinhaltet das Anlegen eines Stroms an einen Eingangs-Pin einer integrierten Schaltung; das Wandeln eines Analogsignals an dem Eingangs-Pin ein einen digitalen Strom unter Verwendung eines Sigma-Delta-Modulators; das Wandeln des digitalen Stroms in ein erstes digitales Ausgangssignal, das in einem ersten Eingangsbereich zwischen einem ersten Analogsignalwert und einem zweiten Analogsignalwert zu dem Analogsignal proportional ist, wobei der erste Eingangsbereich einem vorgegebenen Bereich des Analogsignals, der geringer als ein Gesamt-Eingangsbereich des Analogsignals ist, entspricht; das Wandeln des digitalen Stroms in ein zweites Ausgangssignal; das Vergleichen des zweiten Ausgangssignals mit einem ersten Schwellenwert, der einen dritten Analogsignalwert an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht; und das Bereitstellen eines Hinweises auf einen Zustand eines offenen Schaltkreises an dem Eingangs-Pin, wenn das zweite Ausgangssignal den ersten Schwellenwert kreuzt.

Description

Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Schaltungen und insbesondere Systeme und Verfahren zum Detektieren von Zuständen mit offenem Pin bei Analog-Digital-Wandler-Schaltungen.
AC-Motoren wie beispielsweise Drei-Phasen-Motoren gewinnen bei Anwendungen wie beispielsweise Automotive, Industrie und HVAC (Wärme, Lüftung und Klimaanlagen; „heat, ventilating and air conditioning“) zunehmend an Popularität. Durch Ersetzen des bei traditionellen Motoren verwendeten mechanischen Kommutators durch elektronische Einrichtungen werden verbesserte Zuverlässigkeit, verbesserte Dauerhaftigkeit und kleine Formfaktoren erreicht. Zusätzliche Vorteile von AC-Motoren beinhalten als Beispiele bessere Geschwindigkeit-gegenüber-Drehmoment-Eigenschaften, schnellere dynamische Antwort und höhere Geschwindigkeitsbereiche. Im Allgemeinen besitzt ein AC-Motor (z.B. ein Drei-Phasen-Motor) einen Controller, der ein pulsweitenmoduliertes (PWM)-Signal, das verwendet wird, um Ansteuersignale für Leistungsschalter, die mit verschiedenen Phasen des Motors gekoppelt sind, zu erzeugen, erzeugt. Diese PWM-Signale können die Durchschnittsspannung und den Durchschnittstrom, die/der den Wicklungen des Motors zugeführt wird, und somit die Motordrehzahl und das Drehmoment steuern.
Für eine Steuerung des AC-Motors mit geschlossener Regelschleife kann der Zustand des Motors, z.B. über einen Rückkopplungspfad, einem Controller des Motorsystems zugeführt werden. Zum Beispiel werden Phasenströme des Drei-Phasen-Motors gemessen und die gemessenen Werte werden an den Controller, der die PWM-Steuersignale basierend auf den gemessenen Werten der Phasenströme erzeugt, gesandt. Oftmals werden bei Motorsteueranwendungen Analog-Digital-Wandler (ADCs) verwendet, um Analogsignale (z.B. den Phasenstrom in jeder Phase des Drei-Phasen-Motors) in digitale Daten zu wandeln.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren das Anlegen eines Stroms an einen Eingangs-Pin einer integrierten Schaltung; das Umwandeln eines Analog-Signals an dem Eingangs-Pin in einen digitalen Strom unter Verwendung eines Sigma-Delta-Modulators; das Umwandeln des digitalen Stroms in ein erstes digitales Ausgangssignal unter Verwendung eines Dezimationsfilters, wobei das erste digitale Ausgangssignal in einem ersten Eingangsbereich zwischen einem ersten Analogsignalwert und einem zweiten Analogsignalwert proportional zu dem Analogsignal an dem Eingangs-Pin ist, wobei der erste Eingangsbereich einem vorgegebenen Bereich des Analogsignals, der kleiner als der Gesamt-Eingangsbereich („full-scale input range“) des Analogsignals ist, entspricht; das Umwandeln des digitalen Stroms in ein zweites Ausgangssignal; das Vergleichen des zweiten Ausgangssignals mit einem ersten Schwellenwert, wobei der erste Schwellenwert einem dritten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin, der sich außerhalb des ersten Eingangsbereichs befindet, entspricht; und das Bereitstellen eines Hinweises auf einen Zustand mit offenem Stromkreis an dem Eingangs-Pin, wenn das zweite Ausgangssignal den ersten Schwellenwert kreuzt.
Gemäß einer Ausführungsform enthält eine integrierte Schaltung eine einen Pin mit einem Bias versehende Schaltung („pin biasing circuit“), die dazu ausgebildet ist, einem Eingangs-Pin der integrierten Schaltung einen Strom zuzuführen; einen Sigma-Delta-Modulator, der einen mit dem Eingangs-Pin gekoppelten Eingang aufweist; ein Dezimationsfilter, das mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt und dazu ausgebildet ist, ein erstes digitales Ausgangssignal, das in einem ersten Eingangsbereich zwischen einem ersten Analogsignalwert und einem zweiten Analogsignalwert zu einem Analogsignal an dem Eingangs-Pin proportional ist, bereitzustellen, wobei der erste Eingangsbereich einem vorgegebenen Bereich des Analogsignals, der kleiner als ein Gesamt-Eingangsbereich des Analogsignals ist, entspricht; und eine Schaltung zur Detektion eines offenen Pins, die mit dem Sigma-Delta-Modulator gekoppelt ist, wobei die Schaltung zur Detektion des offenen Pins dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators in ein zweites Ausgangssignal zu wandeln, das zweite Ausgangssignal mit einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, der erste Schwellenwert einem dritten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht, und einen Hinweis auf einen Zustand eines offenen Schaltkreises an dem Eingangs-Pin bereitzustellen, wenn das zweite Ausgangssignal den ersten Schwellenwert kreuzt.
Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Analog-Digital-Wandler-Schaltung einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss; einen Sigma-Delta-Modulator, der mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt und dazu ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss in einen Ein-Bit-Datenstrom zu wandeln; eine Pull-up-Schaltung, die dazu ausgebildet ist, zwischen einen Spannungsversorgungsknoten und die ersten und zweiten Eingangsanschlüsse gekoppelt zu werden und eine erste Spannung an dem ersten Eingangsanschluss auf einen ersten Spannungswert, der höher als ein vorgegebener Spannungsschwellenwert ist, zu ziehen, wenn der erste Eingangsanschluss offen gelassen ist, oder eine zweite Spannung an dem zweiten Eingangsanschluss auf den ersten Spannungswert zu ziehen, wenn der zweite Eingangsanschluss offen gelassen ist, wobei der vorgegebene Spannungsschwellenwert um einen vorgegebenen Prozentwert geringer als eine Gesamt-Eingangsspannung („full-scale input voltage“) des Sigma-Delta-Modulators ist; ein erstes Tiefpassfilter, das mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den Ein-Bit-Datenstrom in einen ersten Mehr-Bit-Datenstrom an einem Ausgang der Analog-Digital-Wandler-Schaltung zu wandeln; und eine Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins, die mit dem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt und dazu ausgebildet ist, unter Verwendung des Ein-Bit-Datenstroms zu erkennen, dass die Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss über dem vorgegebenen Spannungsschwellenwert liegt.
Die Einzelheiten von einer oder mehr Ausführungsformen der Erfindung werden in den begleitenden Zeichnungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Erfindung sind aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich dieselben oder ähnliche Bezugsziffern in den verschiedenen Figuren im Allgemeinen auf denselben Komponententeil, der im Interesse der Kürze im Allgemeinen nicht erneut beschrieben wird. Für ein komplexeres Verständnis der Erfindung wird nun Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen, die im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen vorgenommen werden, in denen:

1 eine schematische Ansicht eines Drei-Phasen-Motor-Systems bei einer Ausführungsform zeigt;
2 eine schematische Ansicht eines Drei-Phasen-Motor-Systems bei einer weiteren Ausführungsform zeigt;
3 ein Blockschaltbild einer Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Schaltung, die eine Schaltung zum Erkennen eines offenen Pins aufweist, in einer Ausführungsform zeigt;
4 ein Blockschaltbild einer Sigma-Delta-ADC-Schaltung in einer Ausführungsform zeigt;
5 ein Blockschaltbild eines Dezimationsfilters der Schaltung zur Detektion eines offenen Pins von 3 in einer Ausführungsform zeigt;
6 das Signal-Rausch- und Verzerr-Verhältnis („signal-to-noise-anddistortion-ratio“; SNDR) eines ADC-Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignalbereich bei einigen Ausführungsformen zeigt;
7 das Ausgangssignal einer ADC-Schaltung gegenüber dem analogen Eingangssignal bei einer Ausführungsform zeigt;
8 ein Blockschaltbild einer Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Schaltung, die eine Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins aufweist, in einer weiteren Ausführungsform zeigt;
9 ein Blockschaltbild einer Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Schaltung, die eine Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins aufweist, in noch einer weiteren Ausführungsform zeigt; und
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens des Betriebs einer ADC-Schaltung bei einigen Ausführungsformen zeigt.

Das Herstellen und Verwenden der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen wird unten ausführlich erörtert. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte, die in einer breiten Vielfalt konkreter Zusammenhänge verkörpert werden können, bereitstellt. Die erörterten konkreten Ausführungsformen sind für konkrete Wege, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, illustrativ und sie beschränken den Umfang der Erfindung nicht.
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen in einem konkreten Kontext, nämlich der Erkennung eines Zustands mit einem offenen Pin einer Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Schaltung beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen enthält eine ADC-Schaltung eine Sigma-Delta-ADC-Schaltung und eine Schaltung zur Detektion eines offenen Pins. Der Eingangs-Port der ADC-Schaltung ist zusätzlich dazu, dass er mit einem analogen Eingangssignal verbunden ist, mit einer Pull-up-Schaltung verbunden. Der Sigma-Delta-Modulator der Sigma-Delta-ADC-Schaltung wandelt das analoge Eingangssignal in einen Ein-Bit-Datenstrom, der dann durch das Dezimationsfilter der Sigma-Delta-ADC-Schaltung in Mehr-Bit-Daten gewandelt wird. Die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins bildet eine Abschätzung des Werts (z.B. Spannungswert) des analogen Eingangssignals unter Verwendung des Ein-Bit-Datenstroms und vergleicht die Abschätzung mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Bei den dargestellten Ausführungsformen liegt der Wert des analogen Eingangssignals innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, der kleiner als ein Gesamt-Eingangsbereich der ADC-Schaltung ist. Wenn an dem Eingangs-Port ein Zustand mit offenem Pin vorliegt (z.B. das analoge Eingangssignal von dem Eingangs-Port abgekoppelt ist), wird die Spannung an dem Eingangs-Port der ADC-Schaltung durch die Pull-up-Schaltung auf einen Spannungswert, der außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, nach oben gezogen. Die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins detektiert den Zustand des offenen Pins durch Feststellen, dass die Abschätzung des Analogsignals den vorgegebenen Schwellenwert kreuzt.
Bezug nehmend auf 1 enthält ein Motorsystem 100 einen AC-Motor 101 (z.B. einen Drei-Phasen-Motor), der über drei Halbbrücken an eine Leistungsversorgung V_sup (als Spannung V_sup über dem Kondensator C_s dargestellt) angeschlossen ist. Jede der drei Halbbrücken enthält einen High-Side-Schalter (z.B. T_ha, T_hb oder T_hc), der mit einem Low-Side-Schalter (z.B. T_1a, T_1b oder T_1c) in Reihe gekoppelt ist, wobei der High-Side-Schalter mit dem Anschluss des höheren Potentials der Leistungsversorgung V_sup gekoppelt ist und die Low-Side-Schalter mit dem Anschluss des niedrigeren Potentials der Leistungsversorgung gekoppelt sind. Zum Beispiel enthält eine erste Halbbrücke einen High-Side-Schalter T_ha, der mit einem Low-Side-Schalter T_la in Reihe gekoppelt ist. Bei der ersten Halbbrücke ist ein Gate des High-Side-Schalters T_ha mit dem Ausgang eines Gatetreibers GD_ha gekoppelt, ein Drain-Anschluss des High-Side-Schalters T_ha ist mit der Leistungsversorgung V_sup gekoppelt und ein Source-Anschluss des High-Side-Schalters T_ha ist mit einem Drain-Anschluss des Low-Side-Schalters T_la gekoppelt. Ein Gate des Low-Side-Schalters T_la ist mit einem Ausgang eines Gatetreibers GD_1a gekoppelt und eine Source des Low-Side-Schalters T_la ist über einen Shunt-Widerstand R_a mit dem Anschluss des geringeren Potentials (z.B. elektrisch Masse) gekoppelt. Der Source-Anschluss des High-Side-Schalters T_ha ist an dem Knoten P_a, der auch als Phasenknoten P_a bezeichnet wird, mit dem Drain-Anschluss des Low-Side-Schalters T_la verbunden. Die Topologien der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke sind ähnlich zu der der ersten Halbbrücke und werden daher hier nicht widerholt. Wie in 1 dargestellt ist, sind die drei Phasen des AC-Motors 101 über drei elektrisch leitende Pfade (z.B. elektrische Leitungen) 110, 120 und 130 mit den Phasenknoten P_a, P_b bzw. P_c gekoppelt.
Bei dem AC-Motor 101 kann es sich um jede Art von Mehrphasenmotor (z.B. mehr als drei Phasen) handeln und der Drei-Phasen-Motor stellt lediglich ein Beispiel dar. Der AC-Motor 101 kann ein Synchronmotor, ein Induktionsmotor, ein geschalteter Reluktanzmotor oder dergleichen sein. Die offenbarten Ausführungsbeispiele verwenden Drei-Phasen-Motoren als Beispiele mit dem Verständnis, dass andere Arten von AC-Motoren ebenso verwendet werden können und innerhalb des Rahmens der vorliegenden Offenbarung liegen.
Wie in 1 dargestellt, werden die Shunt-Spannung V_a über den Shunt-Widerständen R_a, die Shunt-Spannung V_b über den Shunt-Widerständen R_b und die Shunt-Spannung V_c über den Shunt-Widerständen R_c an ein ADC-Modul 140 gesandt und in digitale Werte gewandelt. Das ADC-Modul 140 kann einen oder mehr geeignete Analog-Digital-Wandler enthalten. Zum Beispiel kann das ADC-Modul 140 drei Sigma-Delta-ADCs aufweisen, wobei jeder der drei Sigma-Delta-ADCs eines der analogen Eingangssignale (z.B. die Shunt-Spannungen V_a, V_b und V_c) in digitale Werte wandelt. Das Ausgangssignal des ADC-Moduls 140 repräsentiert die gemessenen Werte der analogen Eingangssignale (z.B. V_a, V_b und V_c), wobei die gemessenen Werte über einen Datenpfad 143 an ein PWM-Modul 150 gesandt werden. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Datenpfad 143 um einen Mehr-Bit-Datenpfad. Das PWM-Modul 150 steuert den Betrieb des AC-Motors 101 durch Erzeugen von PWM-Pulsen, die auch als PWM-Steuersignale (z.B. PWM_ha, PWM_1a, PWM_hb, PWM_1b, PWM_hc und PWM_1c) bezeichnet werden, die den Betrieb der High-Side-Schalter (z.B. T_ha, Thb und T_hc) und der Low-Side-Schalter (z.B. T_1a, T_1b und T_1c) steuern, die wiederum die Spannung und/oder den Strom, die/der dem AC-Motor 108 zugeführt wird, steuern. Die durch das PWM-Modul 150 erzeugten PWM-Pulse können durch die Gatetreiber (z.B. GD_ha, GD_1a, GD_hb, GD_1b, GD_hc, GD_1c) gepuffert werden und die Ausgangssignale der Gatetreiber werden verwendet, um die High-Side-Schalter und die Low-Side-Schalter anzusteuern. Das PWM-Modul 150 kann als Beispiel einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („application specific integrated circuit“; ASIC) zur Motorsteuerung enthalten. Bei einigen Ausführungsformen überwacht das PWM-Modul 150 den Status des AC-Motors 101 z.B. durch Überwachen der gemessenen Werte der Shunt-Spannungen V_a, V_b, und V_c, die durch das ADC-Modul 140 geliefert werden, und erzeugt PWM-Pulse, um den Betrieb des AC-Motors 101 zu steuern.
Bei dem Beispiel von 1 sind die High-Side-Schalter T_ha, T_hb und T_hc und die Low-Side-Schalter T_1a, T_1b und T_1c, als Metalloxid-Halbleiter-FeldeffektTransistoren (MOSFETs) dargestellt. Andere geeignete Leistungsschalter wie beispielsweise Bipolartransistoren mit isoliertem Gate („insulated-gate bipolar transistors“; IGBTs) können ebenso verwendet werden. Das drei Halbbrücken aufweisende Motorsystem 100 stellt lediglich ein Beispiel dar, andere Topologien für ein Mehrphasen-Motorsystem können ebenso verwendet werden.
Das hierin offenbarte Prinzip zum Erkennen eines offenen Pins bei einem Signalerfassungssystem (z.B. einem Analog-Digital-Wandlungssystems) kann neben Motorsteueranwendungen auf andere Anwendungen wie beispielsweise eigenständige ADC-Systeme oder ADC-Systeme, die in anderen Anwendungen als in Motorsteueranwendungen verwendet werden, eingesetzt werden. Darüber hinaus werden bei Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung drei analoge Eingangssignale (z.B. drei Shunt-Spannungen) parallel in digitale Werte gewandelt, ein Fachmann wird erkennen, dass die hierin offenbarten Signalerfassungssysteme und -Verfahren für eine beliebige Anzahl von analogen Eingangssignalen, zum Beispiel weniger oder mehr als drei analoge Eingangssignale, verwendet werden können. Weiterhin kann es bei einem Drei-Phasen-Motorsystem (z.B. dem Motorsystem 100) möglich sein, die Phasenströmen von nur zwei der Halbbrücken zu messen, da der dritte Phasenstrom, z.B. unter Verwendung des Kirchhoff schen Gesetzes, verwendet werden kann.
Noch Bezug nehmend auf 1 wird jeder Phasenstrom durch Umwandeln der entsprechenden Shunt-Spannung in digitale Werte gemessen, wenn der entsprechende Low-Side-Schalter aktiv ist (z.B. eingeschaltet ist) und der Phasenstrom durch den Shunt-Widerstand fließt. Zum Beispiel wird für die Messung des Phasenstroms I_a die Shunt-Spannung V_a über dem Shunt-Widerstand R_a gemessen, wenn der Low-Side-Schalter T_1a aktiv ist (z.B. Transistor T_1a ein ist). Bei dem Beispiel von 1 befinden sich die Shunt-Widerstände R_a, R_b und R_c im Low-Side-Strompfad (z.B. zwischen einem Low-Side-Schalter und einem Referenzspannungspegel wie beispielsweise elektrisch Masse), weshalb die Phasenströme durch die Shunt-Widerstände fließen, wenn die Low-Side-Schalter aktiv sind. Fachleute werden erkennen, dass die Shunt-Widerstände in den High-Side-Strompfaden (z.B. zwischen einem High-Side-Schalter und der Leistungsversorgung V_sup) angeordnet sein können, wobei in diesem Fall die Phasenströme gemessen werden können, wenn die High-Side-Schalter aktiv (z.B. eingeschaltet) sind. Bei noch einer weiteren Ausführungsform befinden sich die Shunt-Widerstände in den leitenden Pfaden 110/120/130 zwischen den Phasenknoten P_a, P_b, P_c und dem AC-Motor 101, wie bei dem Motorsystem 100A von 2 dargestellt.
Wie oben beschrieben, kann das PWM-Modul 150 für die Regelung des AC-Motors 101 mit geschlossener Schleife Echtzeitdaten der durch das ADC-Modul 140 gelieferten Shunt-Spannungen V_a, V_b und V_c verwenden. Wenn allerdings ein Analogeingang an dem Eingangs-Port des ADC-Moduls 140 abgekoppelt wird (auch als Zustand mit einem offenen Pin oder als Zustand einer offenen Schaltung bezeichnet), z.B. aufgrund einer fehlerhaften Verbindung zwischen dem ADC-Modul 140 und einem Shunt-Widerstand, gibt das ADC-Modul 140 nicht länger die Shunt-Spannung wieder und das PWM-Modul 150 kann inkorrekte Steuersignale für den AC-Motor 101 erzeugen. Wenn der Zustand mit offenem Pin nicht schnell erkannt wird und ein Fehler-Abschwächungsverfahren (z.B. ein Notabschaltverfahren) nicht schnell veranlasst wird, kann eine Beschädigung des Motorsystems auftreten. Daher ist es für eine ADC-Schaltung vorteilhaft, in der Lage zu sein, den Zustand mit offenem Pin in Echtzeit, während die ADC-Schaltung arbeitet, zu erkennen, so dass eine Beschädigung des Motorsystems vermieden werden kann und die Reparaturarbeit, um den Zustand mit offenem Pin zu beheben, frühzeitig ausgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil dafür, die Fähigkeit zu einer Erkennung eines offenen Pins in Echtzeit zu besitzen, besteht darin, dass keine Notwendigkeit besteht, den Normalbetrieb des Motorsystems 100 anzuhalten, so dass ein Testbetrieb aufgenommen werden kann, um eine Prüfung wegen eines Zustands mit einem offenen Pin vorzunehmen.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Schaltung 200, die eine Erkennungsschaltung für einen offenen Pin aufweist, in einer Ausführungsform. Man beachte, dass 3, um die Verbindung zwischen der ADC-Schaltung 200 und externen Schaltungen zu veranschaulichen, auch eine externe Komponente 600 (z.B. einen Shunt-Widerstand, eine Platine, einen Sensor oder dergleichen) und Bonddrähte 611, die die externe Komponente 600 mit der ADC-Schaltung 200 koppeln, zeigt, wobei die externe Komponente 600 und die Bonddrähte 611 nicht Teil der ADC-Schaltung sind. Bei einigen Ausführungsformen wird die ADC-Schaltung 200 verwendet, um die Shunt-Spannung über dem Shunt-Widerstand in den Motorsystemen 100 oder 100A zu messen. Zum Beispiel kann das ADC-Modul 140 in 1 (oder 2) drei Exemplare der ADC-Schaltung 200 enthalten, wobei jedes Exemplar der ADC-Schaltung 200 verwendet wird, um eine entsprechende Shunt-Spannung zu messen.
Wie in 3 dargestellt, enthält die ADC-Schaltung 200 einen Eingangs-Port 207, eine Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400, eine Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins und eine Pull-up-Schaltung 500. Bei dem Beispiel von 3 ist der Eingangs-Port 207 ein differentieller Eingangs-Port mit Eingangsanschlüssen 207A und 207B, wobei die Eingangsanschlüsse an die externe Komponente 600 angeschlossen sind, z.B. an die zwei Anschlüsse eines Shunt-Widerstands in 1 oder 2. Obwohl in 3 ein differentieller Eingangs-Port dargestellt ist, können die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung, wie Fachleute leicht erkennen, auf einen asymmetrischen Eingangs-Port angewandt werden.
Bei einigen Ausführungsformen liegt der Wert (z.B. der Shunt-Spannungswert) des analogen Eingangssignals an dem Eingangs-Port 207 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, der kleiner ist als der maximale Eingangsbereich (auch als Gesamt-Bereich, als Gesamt-Eingangsbereich oder als Gesamt-Eingangsspannungsbereich bezeichnet) der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400. Zum Beispiel kann die Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 in der Lage sein, ein analoges Spannungssignal innerhalb eines maximalen Eingangsbereichs zwischen -10 V und 10 V anzunehmen, aber die dem Eingangs-Port 207 zugeführte Spannung kann innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zwischen z.B. -5 V und 5 V oder -7 V und 7 V liegen. Dieser kleinere vorgegebene Bereich ist gewählt, um eine Verschlechterung der Signalqualität des ADC-Ausgangssignals in der Nähe des Endbereichs („full-scale“) zu vermeiden, was in 6 dargestellt ist.
Vorübergehend wird auf 6 Bezug genommen, die das Signal-Rausch- und Verzerrungsverhältnis (SDNR) des Ausgangssignals einer typischen ADC-Schaltung gegenüber der Amplitude des analogen Eingangssignals bei einigen Ausführungsformen veranschaulicht. In 6 zeigt die x-Achse die Amplitude (z.B. den Absolutwert der Amplitude) des analogen Eingangssignals und die y-Achse zeigt das SNDR. Die Einheit der Amplitude des analogen Eingangssignals sind Dezibel relativ zum Endbereich („decibels relative to full scale“; dBFS), was ein normierter Wert ist, der das Verhältnis (in dB) zwischen der Amplitude des analogen Eingangssignals und der maximalen Eingangsamplitude (z.B. Gesamt-Eingangsspannung) zeigt. 6 zeigt, dass das SNDR bis zu einer Eingangsamplitude A, wobei A z.B. -6 dBFS oder-3 dBFS sein kann, ansteigt, wenn die Amplitude des analogen Eingangssignals ansteigt. Allerdings verringert sich das SNDR drastisch, wenn sich die Eingangsamplitude dem Gesamt-Eingangsniveau („full-scale input level“) (o dBFS) nähert. Aus diesem Grund wird die Amplitude des analogen Eingangssignals für eine ADC-Schaltung generell so gesteuert, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, wobei die maximale Amplitude des vorgegebenen Bereichs wenige dB (z.B. 3 dB oder 6 dB) unterhalb des Gesamt-Eingangsniveaus liegt). Bei dem Motorsystem 100 oder 100A können die an das ADC-Modul 140 gesandten Shunt-Spannungen so gesteuert werden, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen, der kleiner als der Gesamt-Eingangsbereich des ADC-Moduls 140 ist, was dadurch erreicht werden kann, dass die durch die Shunt-Widerstände fließenden elektrischen Ströme begrenzt werden, oder dadurch, dass die Widerstände der Shunt-Widerstände so spezifiziert werden, dass Spannungen über den Shunt-Widerständen während des Normalbetriebs des Systems innerhalb eines vorgegebenen Bereichs des ADCs liegen.
7 zeigt das digitale Ausgangssignal einer ADC-Schaltung (z.B. der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 in 3) gegenüber dem Wert des analogen Eingangssignals in einer Ausführungsform. In 7 zeigt die x-Achse die Spannung des analogen Eingangssignals und die y-Achse zeigt das Ausgangssignal der ADC-Schaltung. Das Ausgangssignal der ADC-Schaltung kann einen Mehr-Bit-Wert aufweisen. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal für eine ADC-Schaltung mit einer Auflösung von 16 Bit in dem Format 0x0000 - 0xFFFF im Hexadezimal-Format dargestellt werden, wobei jedes der Ausgangssignale einem Wert des analogen Eingangssignals entspricht. Jedes der digitalen Ausgangssignale (z.B. 0x0000) kann als Ausgangs-Code der ADC-Schaltung bezeichnet werden, und alle möglichen Codes bilden den Code-Bereich der ADC-Schaltung. Die ADC-Schaltung kann als Beispiele andere Auflösungen wie beispielsweise eine Auflösung von 8 Bit oder eine Auflösung von 32 Bit aufweisen.
Bei dem Beispiel von 7 ist die Hardware der ADC-Schaltung so ausgebildet, dass sie einen analogen Gesamt-Eingangsbereich zwischen -Vb Volt und Vb Volt aufweist. Das analoge Eingangssignal an die ADC-Schaltung wird jedoch so gesteuert, dass es innerhalb eines (kleineren) vorgegebenen Eingangsbereichs zwischen -Va Volt und Va Volt liegt, um eine Signalverschlechterung (siehe die Erörterung oben unter Bezugnahme auf 6) in der Nähe des Endbereichs zu vermeiden, wobei Va und Vb positive Werte sind und Vb > Va. Zum Beispiel kann Va 3 dB oder 6 dB kleiner als Vb sein. In anderen Worten, Va kann um einen vorgegebenen Prozentwert kleiner sein als Vb. Aufgrund des kleineren analogen Eingangssignalbereichs (z.B. zwischen -Va Volt und Va Volt) können die Ausgangssignal-Codes der ADC-Schaltung zwischen dem Code C1 und dem Code C2 liegen und es kann sein, dass sie ohne zusätzliche Verarbeitung (z.B. Skalierung) nicht den vollständigen Code-Raum abdecken. Bei einigen Ausführungsformen skaliert (z.B. multipliziert oder verschiebt) ein Verstärkungseinstellmodul der ADC-Schaltung wie beispielsweise das Verstärkungseinstellmodul 430 der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 in 4 (im Folgenden erörtert) den Ausgangs-Code der ADC-Schaltung so, dass der finale Ausgangs-Code (z.B. an dem Ausgangs-Port 401 von 4) den vollständigen Code-Raum abdeckt. Zum Beispiel erzeugt die obere Grenze (z.B. Va) des vorgegebenen Eingangsbereichs aufgrund der Skalierung des Verstärkungseinstellmoduls 430 einen Ausgangs-Code C2' (z.B. einen maximalen Ausgangs-Code, der einem Wert Vb des analogen Eingangssignals entspricht), und die unteren Grenze (z.B. -Va) des vorgegebenen Eingangsbereichs erzeugt einen Ausgangs-Code C1' (z.B. einen minimalen Ausgangs-Code, der einem Wert -Vb des analogen Eingangssignals entspricht). Bei anderen Ausführungsformen skaliert das Einstellmodul der ADC-Schaltung die Ausgangs-Codes der ADC-Schaltung, aber die skalierten Ausgangs-Codes decken nach wie vor nicht den vollständigen Code-Raum zwischen dem Code C1' und dem Code C2' ab.
Wieder Bezug nehmend auf 3 ist der Eingangs-Port 207 der ADC-Schaltung 200, neben dem, dass er mit dem Eingangs-Port 411 der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 verbunden ist, auch mit der Pull-up-Schaltung 500 verbunden. Die Pull-up-Schaltung 500 (sie kann auch als Schaltung, die einen Pin mit einem Bias versieht, bezeichnet werden) enthält Stromquellen 203 und sie kann optional Widerstände 205 (als Phantom gezeigt) enthalten. Bei dem Beispiel von 3 ist jeder der Eingangsanschlüsse 207A/207B über eine Stromquelle 203 und einen Widerstand 205 mit einer Spannungsversorgung V_supply (z.B. etwa 14 V) gekoppelt. Bei einigen Beispielen sind die Widerstände 205 in der Pull-up-Schaltung weggelassen, wie dies unter Bezugnahme auf die Pull-up-Schaltung 500' in 8 gezeigt ist, wo jeder der Eingangsanschlüsse 207A/207B über eine Stromquelle 203 mit der Spannungsversorgung V_supply gekoppelt ist. Bei noch einer anderen Ausführungsform sind die Stromquellen 203 in der Pull-up-Schaltung weggelassen, wie dies unter Bezugnahme auf die Pull-up-Schaltung 500" in 9 gezeigt ist, wobei jeder der Eingangsanschlüsse 207A/207B durch einen Widerstand 205 (auch als Pull-up-Widerstand bezeichnet) mit der Spannungsversorgung V_Supply gekoppelt ist.
Die Stromquelle 203 kann einen elektrischen Strom liefern, der um Größenordnungen kleiner als der durch den Shunt-Widerstand R_a, R_b, und R_c fließende Strom ist. Zum Beispiel kann die Stromquelle 203 einen Strom von etwa 250 µA liefern. Im Gegensatz dazu kann der durch die Shunt-Widerstände R_a, R_b, und R_c fließende Strom etwa 150 A betragen. Bei den dargestellten Ausführungsformen können die Shunt-Widerstände einen kleinen elektrischen Widerstand wie beispielsweise um die 1 mΩ aufweisen, weshalb die Shunt-Spannungen über den Shunt-Widerständen innerhalb weniger Volt liegen. Bei einer Ausführungsform, bei der die Pull-up-Schaltung 500 die Stromquelle 203 und die Widerstände 205 enthält, kann der Widerstand 205 einen kleinen Widerstand von z.B. etwa 1 Ω aufweisen. Bei Ausführungsformen, bei denen die Pull-up-Schaltung 500 nur die Widerstände 205 enthält (siehe 9), kann der Widerstand 205 einen Widerstand von z.B. 56 kΩ aufweisen.
Während des Normalbetriebs der ADC-Schaltung 200 ist der Eingangs-Port 207 mit der externen Komponente 600 (z.B. einem Shunt-Widerstand) verbunden und das Analogsignal an dem Eingangs-Port 207 (z.B. eine Shunt-Spannung) wird an die Eingangsanschlüsse 411A/411B der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 gesandt und in digitale Daten gewandelt. Elektrische Ströme von den Stromquellen 203 fließen aus dem Eingangs-Port 207 hin zu der elektrischen Komponente 600, wie dies in 3 durch den Strom I₁ dargestellt ist. Man beachte, dass in 3 aus Gründen der Klarheit Strom (z.B. I₁ und I₂) von nur einem Zweig der Pull-up-Schaltung 500 dargestellt ist, mit dem Verständnis, dass derselbe oder ein ähnlicher Stromfluss in dem anderen Zweig der Pull-up-Schaltung 500 auftritt. Da, verglichen mit dem durch den Shunt-Widerstand fließenden Strom (z.B. etwa 150 A), der durch die Stromquelle 203 gelieferte Strom sehr klein ist (z.B. etwa 250 µA), hat der Strom I₁ einen vernachlässigbaren Effekt auf den Betrieb der externen Komponente 600. Bei Ausführungsformen, in denen anstelle der Pull-up-Schaltung 500 eine Pull-down-Schaltung verwendet wird, können die Richtungen der elektrischen Ströme I₁ und I₂ den in 3 dargestellten Richtungen entgegengesetzt sein.
Wenn ein Zustand mit einem offenen Pin auftritt, z.B. der Bonddraht 611 unterbrochen ist oder die externe Komponente abgekoppelt wird, fließen die Ströme von den Stromquellen 203, wie durch den Strom I₂ dargestellt, hin zu der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400. Die Spannung an dem Eingangsanschluss (z.B. 207B) wird nun durch die Pull-up-Schaltung 500 auf eine Spannung, die gleich oder nahe der Versorgungsspannung V_supply (z.B. 14 V) ist, nach oben gezogen. Deshalb kann, wenn der Zustand mit offenem Pin auftritt, der Betrag der Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen 207A und 207B nahe der Versorgungsspannung V_supply wie beispielsweise bei etwa 13 V liegen, was höher als die normale Spannungsdifferenz von z.B. einigen wenigen Volt ist.
Wenn, wie oben erörtert, an einem Eingangsanschluss der ADC-Schaltung 200 ein Zustand mit offenem Pin auftritt, zieht die Pull-up-Schaltung 500 die Spannung an dem Eingangsanschluss hoch auf den Versorgungsspannungspegel, der höher als die normale Spannung an dem Eingangsanschluss ohne den Zustand mit offenem Pin ist. Im Ergebnis erzeugt die Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 digitale Ausgangssignale, die außerhalb eines Normalbereichs liegen. Die Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins überwacht die digitalen Ausgangssignale von dem Sigma-Delta-Modulator 410 und erkennt den Zustand mit offenem Pin durch Detektieren, dass die digitalen Ausgangssignale außerhalb des normalen Bereichs liegen. Einzelheiten dieser Detektion werden im Folgenden erörtert.
Das Analogsignal an dem Eingangs-Port 207 (z.B. eine Shunt-Spannung) wird an die Eingangsanschlüsse 411A/411B der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 gesandt. Ein Sigma-Delta-Modulator 410 der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 wandelt das analoge Eingangssignal in einen Datenstrom, der bei einigen Ausführungsformen ein Ein-Bit-Datenstrom ist. Alternativ kann es sich bei dem Datenstrom um einen Mehr-Bit-Datenstrom handeln. Der Datenstrom (z.B. der Ein-Bit-Datenstrom) von dem Sigma-Delta-Modulator 410 wird dann durch das Dezimationsmodul 428 der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 in Mehr-Bit-Daten gewandelt. Die Schaltung 300 zur Detektion eines offenen Pins bildet unter Verwendung des Ein-Bit-Datenstroms eine Abschätzung des Werts (z.B. des Shunt-Spannungswerts) des analogen Eingangssignals und vergleicht die Abschätzung mit einem vorgegebenen Schwellenwert.
Unter Zuwendung auf 7 liegt bei den dargestellten Ausführungsformen der Wert (z.B. der Shunt-Spannungswert) des analogen Eingangssignals während des normalen Zustands (z.B. kein Zustand mit offenem Pin) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zwischen -Va und Va, wobei Va als vorgegebener Spannungsschwellenwert bezeichnet werden kann. Wenn an einem Eingangsanschluss des Eingangs-Ports 207 ein Zustand mit offenem Pin vorliegt, wird die Spannung an dem Eingangsanschluss durch die Pull-up-Schaltung 500 auf einen hohen Spannungswert V_supply (z.B. gleich oder nahe bei Vb) nach oben gezogen. Da das analoge Eingangssignal an dem anderen Eingangsanschluss des Eingangs-Ports 207 klein ist (aufgrund des kleinen Shunt-Widerstands und des begrenzten Shunt-Stroms (z.B. kleiner als 1 V), ist die Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen 207A und 207B, abhängig davon, welcher Anschluss des Eingangs-Ports 207 den Zustand mit offenem Pin aufweist, -Vc oder Vc, wobei Vc ein Wert nahe bei Vb ist (z.B. Va < Vc ≤ Vb). Diese große Spannungsdifferenz (z.B. -Vc oder Vc) liegt außerhalb des vorgegebenen Bereichs (z.B. zwischen -Va und Va) für den normalen Zustand und veranlasst den Sigma-Delta-Modulator 410, Ausgangssignale (z.B. den Ein-Bit-Datenstrom) zu erzeugen, die sich von Ausgangssignalen, die dem normalen analogen Eingangsbereich (z.B. zwischen -Va und Va) entsprechen, unterscheiden. Zum Beispiel können die Ausgangssignale des Sigma-Delta-Modulators 410 große Mengen aufeinanderfolgender Einsen oder Nullen enthalten.
Die Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins bildet eine Abschätzung des analogen Eingangssignals (z.B. der Shunt-Spannung) unter Verwendung eines Dezimationsfilters 310, das den Ein-Bit-Datenstrom von dem Sigma-Delta-Modulator 410 in einen Mehr-Bit-Datenstrom (mit einer geringeren Datenrate) wandelt. Das Ausgangssignal des Dezimationsfilters 310 wird dann unter Verwendung eines Komparators 320 mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen, um zu detektieren, dass das analoge Eingangssignal einen Wert außerhalb des vorgegebenen Bereichs für einen normalen Zustand aufweist, was einen Zustand mit offenem Pin anzeigt. Man beachte, dass der vorgegebene Schwellenwert einen ersten Schwellenwert enthalten kann, der einem ersten Wert des Analogsignals, der höher als die obere Grenze des vorgegebenen Bereichs ist, entspricht, und einen zweiten Schwellenwert enthalten kann, der einen zweiten Wert des Analogsignals, der geringer als die untere Grenze des vorgegebenen Bereichs ist, entspricht. Für das oben erörterte Beispiel liegt der vorgegebene Bereich des analogen Eingangssignals für den normalen Betrieb zwischen -Va und Va und deshalb kann der erste Schwellenwert einem Wert des analogen Eingangssignals zwischen Va und Vc entsprechen und der zweite Schwellenwert kann einem Wert des analogen Eingangssignals zwischen -Vc und -Va entsprechen. In anderen Worten, wenn der Ausgang des Dezimationsfilters 310 anzeigt, dass das analoge Eingangssignal den ersten Schwellenwert kreuzt (z.B. darüber ansteigt) oder dass das analoge Eingangssignal den zweiten Schwellenwert kreuzt (z.B. darunter abfällt), dann wird ein Zustand mit offenem Pin detektiert. Deshalb arbeitet die Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins parallel (z.B. zur selben Zeit) mit der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400, ohne den Normalbetrieb der Sigma-Delta-ADC-Schaltung zu beeinträchtigen.
Der Komparator 320 der Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins kann ein beliebiger geeigneter digitaler Komparator zum Vergleichen des Ausgangssignals des Dezimationsfilters 310 mit dem vorgegebenen Schwellenwert sein. Einzelheiten des Dezimationsfilters werden unten nach der Erörterung der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 erörtert. Bei einigen Ausführungsformen ist die ADC-Schaltung 200 in eine Integrierte-Schaltung-(IC)-Einrichtung (z.B. IC-Einrichtung, die auf einem einzigen Halbleitersubstrat wie beispielsweise einem Siliziumsubstrat gebildet ist) integriert, wobei in diesem Fall die IC-Einrichtung den Zustand mit offenem Pin detektieren kann, ohne externe Komponenten zu verwenden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Schaltung 300 zum Erkennen eines offenen Pins unter Verwendung analoger Komponenten implementiert. Zum Beispiel kann als Dezimationsfilter 310 ein analoges Tiefpassfilter verwendet werden, um den Ein-Bit-Datenstrom in ein analoges Ausgangssignal (z.B. einen analogen Spannungswert) zu wandeln, und der Komparator 320 kann ein analoger Komparator sein.
Nun wird Bezug genommen auf 4, die ein Blockschaltbild der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 gemäß einer Ausführungsform zeigt. Wie in 4 dargestellt, enthält die Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 einen Sigma-Delta-Modulator 410, ein Dezimationsfilter 420, ein Verstärkungseinstellmodul 430 und ein optionales Konfigurationsmodul 440. Das Dezimationsfilter 420 und das Verstärkungseinstellmodul 430 entsprechen dem Dezimationsmodul 428 in 2. Der Sigma-Delta-Modulator 410 tastet das analoge Eingangssignal an dem Eingangs-Port 411 mit einer Abtastfrequenz f_s ab und wandelt das analoge Eingangssignal in einen digitalen Ein-Bit-Strom (z.B. eine Folge digitaler Daten mit einer Auflösung von einem Bit) an dem Ausgang 415. Die Abtastrate f_s ist üblicherweise wesentlich höher (z.B. zumindest eine Größenordnung größer) als die Nyquist-Abtastfrequenz des analogen Eingangssignals. Zum Beispiel kann die Abtastfrequenz f_s des Sigma-Delta-Modulators für ein Drei-Phasen-Motorsystem mit einer Phasenfrequenz von etwa 20 kHz bei etwa 20 MHz liegen. Bei einigen Ausführungsformen ermöglicht eine große Abtastfrequenz die Verwendung eines einfachen Tiefpassfilters in dem Dezimationsfilter 420 und bietet eine höhere Bit-Auflösung am Ausgang des Dezimationsfilters 420. Bei dem Sigma-Delta-Modulator 410 kann es sich um einen zeit-kontinuierlichen Sigma-Delta-Modulator oder einen zeit-diskreten Sigma-Delta-Modulator handeln. Ein Sigma-Delta-Modulator ist auf dem Fachgebiet bekannt und Einzelheiten werden hier nicht wiederholt.
Noch Bezug nehmend auf 4 enthält das Dezimationsfilter 420 zwei funktionale Module: Ein Tiefpassfilter („low-path filter“; LPF) 423 und einen Heruntertakter („down-sampler“) 425 (auch als Dezimator 425 bezeichnet). Für die Hardware-Implementierung können das LPF 423 und der Heruntertakter 425 in einem gemeinsamen Schaltungsmodul oder Hardwaremodul implementiert werden, obwohl das LPF 423 und der Heruntertakter 425 auch in verschiedenen Schaltungsmodulen oder Hardwaremodulen implementiert werden können. Das LPF 423 besitzt eine digitale Abschneidefrequenz von π/D, wobei π die normierte digitale Frequenz (in Radian/Sekunde) entsprechend der Hälfte der Abtastfrequenz f_s ist und D der Dezimationsfaktor des Dezimators 425 ist. Das LPF 423 kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Filters wie beispielsweise eines Filters mit unendlicher Impulsantwort („infinite impulse response filter“; IIR filter), ein Filter mit endlicher Impulsantwort („finite impulse response filter“; FIR filter), ein idealer Tiefpass („SINC filter“), ein Kamm-Filter, ein kaskadiertes Integrator-Differentiator-Filter („cascade integrator-comb filter“; CIC filter) oder dergleichen aufgebaut sein. Das LPF 423 verringert oder entfernt Frequenzbestandteile seines Eingangssignals (z.B. des digitalen Ein-Bit-Stroms) oberhalb der Digitalfrequenz π/D und verhindert Aliasing im Dezimationsprozess, wenn das Ausgangssignal des LPFs 423 durch den Heruntertakter 425 heruntergetaktet (auch als dezimiert bezeichnet) wird.
Der Heruntertakter 425 verringert die Abtastfrequenz des digitalen Signals um einen Faktor D (auch als Dezimationsfaktor D, Dezimationsrate D und Heruntertaktungsfaktor D bezeichnet). Das Dezimationsfilter 420 kann mehrere Verarbeitungsstufen (in 4 nicht gezeigt) enthalten, wobei jede Stufe einen LPF und einen Dezimator aufweist. Neben dem Entfernen von Frequenzbestandteilen des digitalen Stroms am Ausgang 415 des Sigma-Delta-Modulators 410, die oberhalb der digitalen Frequenz π/D liegen, arbeitet das LPF 423 auch so, dass es sein Eingangssignal „mittelt“ und dabei den digitalen Ein-Bit-Strom in digitale Mehr-Bit-Werte wandelt. Die digitalen Mehr-Bit-Werte von dem LPF 423 werden durch den Dezimator 425 um einen Faktor D dezimiert und digitale n-Bit-Werte werden auf dem Datenpfad 417 des Dezimationsfilters 420 ausgesandt.
4 zeigt ein Verstärkungseinstellmodul 430, das mit dem Ausgang des Dezimationsfilters 420 gekoppelt ist. Das Verstärkungseinstellmodul 430 enthält bei einigen Ausführungsformen einen Multiplizierer, der das Ausgangssignal des Dezimationsfilters 420 mit einem Skalierungsfaktor multipliziert. Bei anderen Ausführungsformen enthält das Verstärkungseinstellmodul 430 eine Teilereinheit, um ein normiertes Datenformat auszugeben. Die Verstärkungseinstellung skaliert das Ausgangssignal des Dezimationsfilters 420 entweder mit einem Multiplizierer oder einem Teiler mit einem Skalierungsfaktor. Bei einigen Ausführungsformen ist das Verstärkungsmodul 430 mit dem Dezimationsfilter 420 in einem gemeinsamen Hardwaremodul integriert. Zum Beispiel kann das Dezimationsfilter 420 einen eingebauten Verstärkungsfaktor, der die Funktion des Verstärkungseinstellmoduls 430 erzielt, aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen stellt das Konfigurationsmodul 440, welches optional ist, die Konfiguration des Dezimationsfilters 420 und den Skalierungsfaktor des Verstärkungseinstellmoduls 430 ein. Eine externe Schnittstelle 450 ermöglicht es dem Konfigurationsmodul 440, durch einen Controller, z.B. das PWM-Modul 150 in 1, gesteuert zu werden. Bei einigen Ausführungsformen wird das Konfigurationsmodul 440 weggelassen und die Konfiguration des Dezimationsfilters 420 und des Verstärkungseinstellmoduls 430 sind fest verdrahtet. Bei einigen Ausführungsformen sind die Konfigurationsparameter des Dezimationsfilters 420 und des Verstärkungseinstellmoduls 430 in einem Speicher (z.B. einem nicht-flüchtigen Speicher) gespeichert und werden während des Hochfahrens oder Zurücksetzens der Hardware in Konfigurationsregister der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 geladen.
5 zeigt ein Blockschaltbild des Dezimationsfilters 310 der Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins von 3 in einer Ausführungsform. Ähnlich zu dem Dezimationsfilter 420 von 4 enthält das Dezimationsfilter 310 einen LPF 313 und einen Heruntertakter 315, wobei der Heruntertakter 315 optional sein kann. Bei einigen Ausführungsformen sind das LPF 313 und der Heruntertakter 315 identisch mit oder ähnlich zu dem LPF 423 bzw. dem Heruntertakter 425, so dass Einzelheiten nicht wiederholt werden müssen. Man beachte, dass das Dezimationsfilter 310, da die Funktion des Dezimationsfilters 310 darin besteht, eine Abschätzung des analogen Eingangssignals zu bilden (anstelle ein hochaufgelöstes digitales Ausgangssignal zu erhalten), eine einfachere Struktur als das Dezimationsfilter 420 aufweisen kann. Zum Beispiel kann das LPF 313 des Dezimationsfilters 310 bei dem Filter-Design des LPF 423 von 4 niedrigere Filterordnungen, weniger Filter-Taps und/oder weniger Filterstufen aufweisen. Als Ergebnis kann die Anzahl von Bits (auch als Bit-Auflösung bezeichnet) des Ausgangssignals 317 des Dezimationsfilters 310 geringer als die des Dezimationsfilters 420 sein. Deshalb kann derselbe Wert des analogen Eingangssignals an dem Eingangs-Port 207 der ADC-Schaltung 200 verschiedenen Ausgangs-Codes (die z.B. verschiedene Auflösungen aufweisen) an den Ausgängen der Dezimationsfilters 420 und 310 entsprechen. Bei einigen Ausführungsformen besitzt das Dezimationsfilter 310 eine Verstärkung von eins, die kleiner als die Verstärkung des Dezimationsmoduls 428 ist.
8 zeigt ein Blockschaltbild einer Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Schaltung 200A, die eine Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins aufweist, in einer Ausführungsform. Die ADC-Schaltung 200A ist ähnlich zu der ADC-Schaltung 200 von 3, jedoch mit einem Zähler 310A anstelle des Dezimationsfilters 310 in der Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins. Zusätzlich weist die Pull-up-Schaltung 500 von 8 nicht die Widerstände 205 in 3 auf.
Bei der Ausführungsform von 8 bildet die Schaltung 300 zur Detektion eines offenen Pins eine Abschätzung des analogen Eingangssignals (z.B. der Shunt-Spannung) unter Verwendung des Zählers 310A, der dazu ausgebildet ist, die Anzahl aufeinanderfolgender Nullen und/oder aufeinanderfolgender Einsen in dem Ein-Bit-Datenstrom von dem Sigma-Delta-Modulator 410 zu zählen. Zum Beispiel kann ein kleines analoges Eingangssignal eine lange Kette von Nullen in dem Ein-Bit-Datenstrom am Ausgang des Sigma-Delta-Modulators 410 erzeugen und ein großes analoges Eingangssignal kann eine lange Kette von Einsen in dem Ein-Bit-Datenstrom erzeugen. Durch Zählen der Anzahl aufeinanderfolgender Nullen und/oder der Anzahl aufeinanderfolgender Einsen in dem Ein-Bit-Datenstrom bildet das Ausgangssignal des Zählers 310A eine Abschätzung des analogen Eingangssignals, die durch den Komparator 320 mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, um den Zustand mit einem offenen Pin zu detektieren. Zum Beispiel kann der vorgegebene Schwellenwert sechzig sein, was bedeutet, dass der Komparator, wenn durch den Zähler 310A in dem Ein-Bit-Strom sechzig aufeinanderfolgende Einsen oder aufeinanderfolgende Nullen detektiert (z.B. gezählt) werden, eine logische 1 ausgeben kann, um die Erkennung eines Zustands eines offenen Pins anzuzeigen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der vorgegebene Schwellenwert (z.B. 60) z.B. durch die Auslegung des Sigma-Delta-Modulators 410 und die Schwellenwertspannung bestimmt und er ist unabhängig von der Auslegung (z.B. der Länge, der Ordnung, der Verstärkung) des Dezimationsmoduls 428. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Gesamtzahl von Einsen und/oder Nullen (die nicht aufeinanderfolgend sein müssen), die innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums auftritt, gezählt, und wenn mehr als eine vorgegebene Anzahl von Einsen und/oder Nullen in dem Messzeitraum auftritt, wird ein Zustand mit offenem Pin detektiert.
9 zeigt ein Blockschaltbild einer Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Schaltung 200B, die eine Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins aufweist, in noch einer weiteren Ausführungsform. Die ADC-Schaltung 200B ist ähnlich zu der ADC-Schaltung 200A von 8, jedoch mit Pull-up-Widerständen 205 in der Pull-up-Schaltung 500. Man beachte, dass die Pull-up-Schaltungen 500, 500' und 500'' in verschiedenen Ausführungsformen austauschbar verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Pull-up-Schaltung 500' oder die Pull-up-Schaltung 500'' als Ersatz für die Pull-up-Schaltung 500 in 3 verwendet werden, und umgekehrt. Es ist völlig beabsichtigt, dass diese und andere Variationen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer ADC-Schaltung in einigen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass die in 10 gezeigten Beispiel-Verfahren ein Beispiel für viele mögliche Beispielverfahren sind. Ein Fachmann würde viele Variationen, Alternativen und Modifikationen erkennen. Zum Beispiel können verschiedene Schritte, wie in 10 dargestellt, hinzugefügt, entfernt, ersetzt, umgeordnet und wiederholt werden.
Bezug nehmend auf 10 wird bei Schritt 1010 ein Strom an einen Eingangs-Pin einer integrierten Schaltung angelegt. Zum Beispiel könnte der Strom über eine Pull-up-Schaltung (z.B. 500, 500', oder 500'') an dem Eingangs-Pin angelegt werden. Bei Schritt 1020 wird ein Analogsignal an den Eingangs-Pin unter Verwendung eines Sigma-Delta-Modulators (z.B. 410) in einen digitalen Strom gewandelt. Bei Schritt 1030 wird der digitale Strom unter Verwendung eines Dezimationsfilters (z.B. 420) in ein erstes digitales Ausgangssignal gewandelt, wobei das erste digitale Ausgangssignal in einem ersten Eingangsbereich zwischen einem ersten Analogsignalwert und einem zweiten Analogsignalwert proportional zu dem Analogsignal an dem Eingangs-Pin ist, wobei der erste Analogsignalwert einem vorgegebenen Bereich des Analogsignals entspricht, der kleiner als ein Gesamt-Eingangsbereich des Analogsignals ist. Zum Beispiel kann der vorgegebene Bereich des Analogsignals zwischen -Va und Vb in 7 sein, und der Gesamt-Eingangsbereich kann zwischen -Vb und Vb liegen. Bei Schritt 1040 wird der digitale Strom, z.B. durch die Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins, in ein zweites Ausgangssignal gewandelt. In Schritt 1050 wird das zweite Ausgangssignal mit einem ersten Schwellenwert verglichen, wobei der erste Schwellenwert einem dritten Analogsignalwert an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht. Zum Beispiel kann der dritte Schwellenwert zwischen Va und Vb in 7 liegen, oder zwischen -Vb und -Va. Bei Schritt 1060 wird ein Hinweis auf einen Zustand über einen offenen Schaltkreis an dem Eingangs-Pin bereitgestellt, wenn das zweite Ausgangssignal einen ersten Schwellenwert kreuzt.
Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten die Echtzeit-Erkennung des Zustands eines offenen Pins in einer ADC-Schaltung. Die offenbarte Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins arbeitet parallel zu der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400, ohne den Betrieb der Sigma-Delta-ADC-Schaltung zu beeinträchtigen. Zum Beispiel werden der Code-Bereich und der dynamische Bereich der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 durch die Schaltung 300 zur Erkennung eines offenen Pins nicht beeinträchtigt. Bei der dargestellten Ausführungsform werden Zustände mit offenem Pin in Echtzeit detektiert und es besteht keine Notwendigkeit, den Normalbetrieb der Sigma-Delta-ADC-Schaltung 400 anzuhalten, um einen Test-Modus aufzunehmen, um eine Prüfung wegen eines Zustands eines offenen Pins durchzuführen. Die ADC-Schaltung mit der Fähigkeit zur Erkennung eines offenen Pins kann in eine integrierte Schaltung (IC) integriert werden, wobei in diesem Fall Zustände mit offenem Pin unter Verwendung der IC ohne das Erfordernis externer Komponenten detektiert werden können.
Beispiel-Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier zusammengefasst. Andere Ausführungsformen lassen sich aus der Gesamtheit der Beschreibung und den Ansprüchen, die hier eingereicht werden, verstehen.
Beispiel 1. Bei einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: Anlegen eines Stroms an einen Eingangs-Pin einer integrierten Schaltung; Wandeln eines Analogsignals an dem Eingangs-Pin in einen digitalen Strom unter Verwendung eines Sigma-Delta-Modulators; Wandeln des digitalen Stroms in ein erstes digitales Ausgangssignal unter Verwendung eines Dezimationsfilters, wobei das erste digitale Ausgangssignal in einem ersten Eingangsbereich zwischen einem ersten Analogsignalwert und einem zweiten Analogsignalwert zu dem Analogsignal an dem Eingangs-Pin proportional ist, wobei der erste Eingangsbereich einem vorgegebenen Bereich des Analogsignals, der kleiner als ein Gesamt-Eingangsbereich des Analogsignals ist, entspricht; Wandeln des digitalen Stroms in ein zweites Ausgangssignal; Vergleichen des zweiten Ausgangssignals mit einem ersten Schwellenwert, wobei der erste Schwellenwert einem dritten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht; und Bereitstellen eines Hinweises auf einen Zustand einer offenen Schaltung an dem Eingangs-Pin, wenn das zweite Ausgangssignal den ersten Schwellenwert kreuzt.
Beispiel 2. Verfahren gemäß Beispiel 1, wobei: der Eingangs-Pin einen ersten Eingangs-Pin und einen zweiten Eingangs-Pin aufweist; das Anlegen des Stroms an den Eingangs-Pin das Anlegen eines ersten Stroms an den ersten Eingangs-Pin und das Anlegen eines zweiten Stroms an den zweiten Eingangs-Pin aufweist; und der Sigma-Delta-Modulator einen differentiellen Eingang, der mit dem ersten Eingangs-Pin und dem zweiten Eingangs-Pin gekoppelt ist, aufweist.
Beispiel 3. Verfahren gemäß Beispiel 2, das weiterhin aufweist: Vergleichen des zweiten Ausgangssignals mit einem zweiten Schwellenwert, wobei der zweite Schwellenwert einem vierten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht; und Bereitstellen des Hinweises auf den Zustand über den offenen Schaltkreis an dem Eingangs-Pin, wenn das zweite Ausgangssignal den zweiten Schwellenwert kreuzt, wobei der dritte Analogsignalwert größer als der zweite Analogsignalwert ist und der vierte Analogsignalwert geringer als der erste Analogsignalwert ist und der zweite Analogsignalwert größer als der erste Analogsignalwert ist.
Beispiel 4. Verfahren gemäß Beispiel 1, wobei das Anlegen des Stroms an den Eingangs-Pin der integrierten Schaltung das Verwenden eines Pull-up-Widerstands oder eines Pull-down-Widerstands aufweist.
Beispiel 5. Verfahren gemäß Beispiel 1, wobei das Anlegen des Stroms an den Eingangs-Pin der integrierten Schaltung das Verwenden einer Stromquelle aufweist.
Beispiel 6. Verfahren gemäß Beispiel 1, wobei der digitale Strom einen Ein-Bit-Datenstrom aufweist.
Beispiel 7. Verfahren gemäß Beispiel 6, wobei das Wandeln des digitalen Stroms in das zweite Ausgangssignal das Wandeln des digitalen Stroms in das zweite Ausgangssignal unter Verwendung eines Zählers aufweist.
Beispiel 8. Verfahren gemäß Beispiel 6, wobei das Wandeln des digitalen Stroms in das zweite Ausgangssignal das Wandeln des digitalen Stroms in das zweite Ausgangssignal unter Verwendung eines analogen Tiefpassfilters aufweist.
Beispiel 9. Verfahren gemäß Beispiel 1, wobei der erste Analogsignalwert einem minimalen Ausgangs-Code des ersten digitalen Ausgangssignals entspricht und der zweite Analogsignalwert einem maximalen Ausgangs-Code des ersten digitalen Ausgangssignals entspricht.
Beispiel 10. Bei einer Ausführungsform weist eine integrierte Schaltung auf: eine Schaltung, die einen Pin mit einem Bias versieht und dazu ausgebildet ist, einem Eingangs-Pin der integrierten Schaltung einen Strom zuzuführen; einen Sigma-Delta-Modulator, der einen mit dem Eingangs-Pin gekoppelten Eingang aufweist; ein Dezimationsfilter, das mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt und dazu ausgebildet ist, ein erstes digitalen Ausgangssignal bereitzustellen, das in einem ersten Eingangsbereich zwischen einem ersten Analogsignalwert und einem zweiten Analogsignalwert proportional zu einem Analogsignal an dem Eingangs-Pin ist, wobei der erste Eingangsbereich einem vorgegebenen Bereich des Analogsignals, der kleiner als ein Gesamt-Eingangsbereich des Analogsignals ist, entspricht; und eine Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins, die mit dem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt ist, wobei die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators in ein zweites Ausgangssignal zu wandeln, das zweite Ausgangssignal mit einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, wobei der erste Schwellenwert einem dritten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht, und einen Hinweis auf einen Zustand eines offenen Schaltkreises an dem Eingangs-Pin bereitzustellen, wenn das zweite Ausgangssignal den ersten Schwellenwert kreuzt.
Beispiel 11. Integrierte Schaltung gemäß Beispiel 10, wobei der Eingangs-Pin der integrierten Schaltung einen ersten Eingangs-Pin und einen zweiten Eingangs-Pin aufweist, wobei die Schaltung, die einen Pin mit einem Bias versieht, dazu ausgebildet ist, an den ersten Eingangs-Pin einen ersten Strom anzulegen und an den zweiten Eingangs-Pin einen zweiten Strom anzulegen, und wobei der Sigma-Delta-Modulator einen differentiellen Eingang, der mit dem ersten Eingangs-Pin und dem zweiten Eingangs-Pin gekoppelt ist, aufweist.
Beispiel 12. Integrierte Schaltung gemäß Beispiel 10, wobei die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins weiterhin dazu ausgebildet ist: das zweite Ausgangssignal mit einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, wobei der zweite Schwellenwert einem vierten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht; und den Hinweis auf den Zustand eines offenen Schaltkreises an dem Eingangs-Pin bereitzustellen, wenn das zweite Ausgangssignal den zweiten Schwellenwert kreuzt, wobei der dritte Analogsignalwert größer als der zweite Analogsignalwert ist und der vierte Analogsignalwert geringer als der erste Analogsignalwert ist, wobei der erste Analogsignalwert geringer als der zweite Analogsignalwert ist.
Beispiel 13. Integrierte Schaltung gemäß Beispiel 10, wobei die einen Pin mit einem Bias versehende Schaltung einen Pull-up-Widerstand oder einen Pull-down-Widerstand, der dazu ausgebildet ist, zwischen eine Leistungsversorgung und den Eingangs-Pin der integrierten Schaltung gekoppelt zu werden, aufweist.
Beispiel 14. Integrierte Schaltung gemäß Beispiel 10, wobei die einen Pin mit einem Bias versehende Schaltung eine Stromquelle, die dazu ausgebildet ist, zwischen eine Leistungsversorgung und den Eingangs-Pin der integrierten Schaltung gekoppelt zu werden, aufweist.
Beispiel 15. Integrierte Schaltung gemäß Beispiel 10, wobei der Sigma-Delta-Modulator dazu ausgebildet ist, das Analogsignal an dem Eingangs-Pin der integrierten Schaltung in einen Ein-Bit-Datenstrom zu wandeln.
Beispiel 16. Integrierte Schaltung gemäß Beispiel 15, wobei die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins einen Zähler, der dazu ausgebildet ist, eine Anzahl aufeinanderfolgender Einsen oder aufeinanderfolgender Nullen in dem Ein-Bit-Datenstrom zu zählen, aufweist.
Beispiel 17. Integrierte Schaltung gemäß Beispiel 15, wobei die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins ein analoges Tiefpassfilter, das dazu ausgebildet ist, den Ein-Bit-Datenstrom in ein analoges Ausgangssignal zu wandeln, aufweist.
Beispiel 18. Bei einer Ausführungsform weist eine Analog-Digital-Wandler-Schaltung auf: einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss; einen Sigma-Delta-Modulator, der mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt und dazu ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss in einen Ein-Bit-Datenstrom zu wandeln; eine Pull-up-Schaltung, die dazu ausgebildet ist, zwischen einem Spannungsversorgungsknoten und die ersten und zweiten Eingangsanschlüsse gekoppelt zu werden und eine erste Spannung an dem ersten Eingangsanschluss auf einen ersten Spannungswert, der höher als ein vorgegebener Spannungsschwellenwert ist, zu ziehen, wenn der erste Eingangsanschluss offen gelassen ist, oder eine zweite Spannung an dem zweiten Eingangsanschluss auf den ersten Spannungswert zu ziehen, wenn der zweite Eingangsanschluss offen gelassen ist, wobei der vorgegebene Spannungsschwellenwert einen vorgegebenen Prozentwert kleiner als eine Gesamt-Eingangsspannung des Sigma-Delta-Modulator ist, ein erstes Tiefpassfilter, das mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den Ein-Bit-Datenstrom in einen ersten Mehr-Bit-Datenstrom an einem Ausgang der Analog-Digital-Wandler-Schaltung zu wandeln; und eine Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins, die mit dem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt und dazu ausgebildet ist, unter Verwendung des Ein-Bit-Datenstroms zu detektieren, dass die Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss über dem vorgegebenen Spannungsschwellenwert liegt.
Beispiel 19. Analog-Digital-Wandler-Schaltung gemäß Beispiel 18, wobei die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins aufweist: einen Zähler, der dazu ausgebildet ist, eine Anzahl aufeinanderfolgender Nullen oder aufeinanderfolgender Einsen in dem Ein-Bit-Datenstrom zu zählen; und einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, die Anzahl aufeinanderfolgender Nullen oder aufeinanderfolgender Einsen mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen.
Beispiel 20. Analog-Digital-Wandler-Schaltung gemäß Beispiel 18, wobei die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins aufweist: ein zweites Tiefpassfilter, das mit dem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den Ein-Bit-Datenstrom in einen zweiten Mehr-Bit-Datenstrom zu wandeln, wobei eine Verstärkung des zweiten Tiefpassfilters geringer als eine Verstärkung des ersten Tiefpassfilters ist und eine Bit-Breite des zweiten Mehr-Bit-Datenstroms geringer als eine Bit-Breite des ersten Mehr-Bit-Datenstroms ist; und einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, Werte des zweiten Mehr-Bit-Datenstroms mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen.
Beispiel 21. Analog-Digital-Wandler-Schaltung gemäß Beispiel 18, wobei der erste Eingangsanschluss, der zweite Eingangsanschluss, der Sigma-Delta-Modulator, die Pull-up-Schaltung, das erste Tiefpassfilter und die Schaltung zur Erkennung eines offenen Pins in einem gemeinsamen Integrierte-Schaltung-Bauelement integriert sind.

Claims

Verfahren, das aufweist: Anlegen eines Stroms an einen Eingangs-Pin (207) einer integrierten Schaltung (200); Wandeln eines Analogsignals an dem Eingangs-Pin (207) in einen digitalen Strom unter Verwendung eines Sigma-Delta-Modulators (410); Wandeln des digitalen Stroms in ein erstes digitales Ausgangssignal unter Verwendung eines Dezimationsfilters (428), wobei das erste digitale Ausgangssignal in einem ersten Eingangsbereich zwischen einem ersten Analogsignalwert und einem zweiten Analogsignalwert zu dem Analogsignal an dem Eingangs-Pin (207) proportional ist, wobei der erste Eingangsbereich einem vorgegebenen Bereich des Analogsignals, der kleiner als ein Gesamt-Eingangsbereich des Analogsignals ist, entspricht; Wandeln des digitalen Stroms in ein zweites Ausgangssignal; Vergleichen des zweiten Ausgangssignals mit einem ersten Schwellenwert, wobei der erste Schwellenwert einem dritten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht; und Bereitstellen eines Hinweises auf einen Zustand einer offenen Schaltung an dem Eingangs-Pin, wenn das zweite Ausgangssignal den ersten Schwellenwert kreuzt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei: der Eingangs-Pin (207) einen ersten Eingangs-Pin (207A) und einen zweiten Eingangs-Pin (207B) aufweist; das Anlegen des Stroms an den Eingangs-Pin (207) das Anlegen eines ersten Stroms an den ersten Eingangs-Pin (207A) und das Anlegen eines zweiten Stroms an den zweiten Eingangs-Pin (207B) aufweist; und der Sigma-Delta-Modulator (410) einen differentiellen Eingang (411A, 411B), der mit dem ersten Eingangs-Pin (207A) und dem zweiten Eingangs-Pin (207B) gekoppelt ist, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, das weiterhin aufweist: Vergleichen des zweiten Ausgangssignals mit einem zweiten Schwellenwert, wobei der zweite Schwellenwert einem vierten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin, der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht; und Bereitstellen des Hinweises auf den Zustand über den offenen Schaltkreis an dem Eingangs-Pin (207), wenn das zweite Ausgangssignal den zweiten Schwellenwert kreuzt, wobei der dritte Analogsignalwert größer als der zweite Analogsignalwert ist und der vierte Analogsignalwert geringer als der erste Analogsignalwert ist und der zweite Analogsignalwert größer als der erste Analogsignalwert ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Anlegen des Stroms an den Eingangs-Pin (207) der integrierten Schaltung (200) das Verwenden eines Pull-up-Widerstands (205) oder eines Pull-down-Widerstands (205) aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Anlegen des Stroms an den Eingangs-Pin (207) der integrierten Schaltung (200) das Verwenden einer Stromquelle (203) aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der digitale Strom einen Ein-Bit-Datenstrom aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Wandeln des digitalen Stroms in das zweite Ausgangssignal das Wandeln des digitalen Stroms in das zweite Ausgangssignal unter Verwendung eines Zählers (310A) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Wandeln des digitalen Stroms in das zweite Ausgangssignal das Wandeln des digitalen Stroms in das zweite Ausgangssignal unter Verwendung eines analogen Tiefpassfilters (313) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der erste Analogsignalwert einem minimalen Ausgangs-Code des ersten digitalen Ausgangssignals entspricht und der zweite Analogsignalwert einem maximalen Ausgangs-Code des ersten digitalen Ausgangssignals entspricht.
Integrierte Schaltung, die aufweist: eine Schaltung (500), die einen Pin mit einem Bias versieht und dazu ausgebildet ist, einem Eingangs-Pin (207) der integrierten Schaltung (200) einen Strom zuzuführen; einen Sigma-Delta-Modulator (410), der einen mit dem Eingangs-Pin (207) gekoppelten Eingang (411A, 411B) aufweist; ein Dezimationsfilter (428), das mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators (410) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, ein erstes digitalen Ausgangssignal bereitzustellen, das in einem ersten Eingangsbereich zwischen einem ersten Analogsignalwert und einem zweiten Analogsignalwert proportional zu einem Analogsignal an dem Eingangs-Pin (207) ist, wobei der erste Eingangsbereich einem vorgegebenen Bereich des Analogsignals, der kleiner als ein Gesamt-Eingangsbereich des Analogsignals ist, entspricht; und eine Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins, die mit dem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators (410) gekoppelt ist, wobei die Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators (410) in ein zweites Ausgangssignal zu wandeln, das zweite Ausgangssignal mit einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, wobei der erste Schwellenwert einem dritten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin (207), der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht, und einen Hinweis auf einen Zustand eines offenen Schaltkreises an dem Eingangs-Pin (207) bereitzustellen, wenn das zweite Ausgangssignal den ersten Schwellenwert kreuzt.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 10, wobei der Eingangs-Pin (207) der integrierten Schaltung (200) einen ersten Eingangs-Pin (207A) und einen zweiten Eingangs-Pin (207B) aufweist, wobei die Schaltung (500), die einen Pin mit einem Bias versieht, dazu ausgebildet ist, an den ersten Eingangs-Pin (207A) einen ersten Strom anzulegen und an den zweiten Eingangs-Pin (207B) einen zweiten Strom anzulegen, und wobei der Sigma-Delta-Modulator (410) einen differentiellen Eingang (411A, 411B), der mit dem ersten Eingangs-Pin (207A) und dem zweiten Eingangs-Pin (207B) gekoppelt ist, aufweist.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 10, wobei die Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins weiterhin dazu ausgebildet ist: das zweite Ausgangssignal mit einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, wobei der zweite Schwellenwert einem vierten Analogsignalwert des Analogsignals an dem Eingangs-Pin (207), der außerhalb des ersten Eingangsbereichs liegt, entspricht; und den Hinweis auf den Zustand eines offenen Schaltkreises an dem Eingangs-Pin (207) bereitzustellen, wenn das zweite Ausgangssignal den zweiten Schwellenwert kreuzt, wobei der dritte Analogsignalwert größer als der zweite Analogsignalwert ist und der vierte Analogsignalwert geringer als der erste Analogsignalwert ist, wobei der erste Analogsignalwert geringer als der zweite Analogsignalwert ist.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die einen Pin mit einem Bias versehende Schaltung (500) einen Pull-up-Widerstand (205) oder einen Pull-down-Widerstand (205), der dazu ausgebildet ist, zwischen eine Leistungsversorgung und den Eingangs-Pin (207) der integrierten Schaltung (200) gekoppelt zu werden, aufweist.
Integrierte Schaltung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die einen Pin mit einem Bias versehende Schaltung (500) eine Stromquelle (203), die dazu ausgebildet ist, zwischen eine Leistungsversorgung und den Eingangs-Pin (207) der integrierten Schaltung (200) gekoppelt zu werden, aufweist.
Integrierte Schaltung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Sigma-Delta-Modulator (410) dazu ausgebildet ist, das Analogsignal an dem Eingangs-Pin (207) der integrierten Schaltung (200) in einen Ein-Bit-Datenstrom zu wandeln.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 15, wobei die Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins einen Zähler (310A), der dazu ausgebildet ist, eine Anzahl aufeinanderfolgender Einsen oder aufeinanderfolgender Nullen in dem Ein-Bit-Datenstrom zu zählen, aufweist.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 15, wobei die Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins ein analoges Tiefpassfilter (313), das dazu ausgebildet ist, den Ein-Bit-Datenstrom in ein analoges Ausgangssignal zu wandeln, aufweist.
Analog-Digital-Wandler-Schaltung, die aufweist: einen ersten Eingangsanschluss (207A) und einen zweiten Eingangsanschluss (207B); einen Sigma-Delta-Modulator (410), der mit dem ersten Eingangsanschluss (207A) und dem zweiten Eingangsanschluss (207B) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschluss (207A) und dem zweiten Eingangsanschluss (207B) in einen Ein-Bit-Datenstrom zu wandeln; eine Pull-up-Schaltung (500), die dazu ausgebildet ist, zwischen einem Spannungsversorgungsknoten und die ersten und zweiten Eingangsanschlüsse (207A, 207B) gekoppelt zu werden und eine erste Spannung an dem ersten Eingangsanschluss (207A) auf einen ersten Spannungswert, der höher als ein vorgegebener Spannungsschwellenwert ist, zu ziehen, wenn der erste Eingangsanschluss (207A) offen gelassen ist, oder eine zweite Spannung an dem zweiten Eingangsanschluss (207B) auf den ersten Spannungswert zu ziehen, wenn der zweite Eingangsanschluss (207B) offen gelassen ist, wobei der vorgegebene Spannungsschwellenwert einen vorgegebenen Prozentwert kleiner als eine Gesamt-Eingangsspannung des Sigma-Delta-Modulator (410) ist; ein erstes Tiefpassfilter (423), das mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators (410) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den Ein-Bit-Datenstrom in einen ersten Mehr-Bit-Datenstrom an einem Ausgang der Analog-Digital-Wandler-Schaltung (200) zu wandeln; und eine Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins, die mit dem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators (410) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, unter Verwendung des Ein-Bit-Datenstroms zu detektieren, dass die Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschluss (207A) und dem zweiten Eingangsanschluss (207B) über dem vorgegebenen Spannungsschwellenwert liegt.
Analog-Digital-Wandler-Schaltung gemäß Anspruch 18, wobei die Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins aufweist: einen Zähler (310A), der dazu ausgebildet ist, eine Anzahl aufeinanderfolgender Nullen oder aufeinanderfolgender Einsen in dem Ein-Bit-Datenstrom zu zählen; und einen Komparator (320), der dazu ausgebildet ist, die Anzahl aufeinanderfolgender Nullen oder aufeinanderfolgender Einsen mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen.
Analog-Digital-Wandler-Schaltung gemäß Anspruch 18, wobei die Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins aufweist: ein zweites Tiefpassfilter (313), das mit dem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den Ein-Bit-Datenstrom in einen zweiten Mehr-Bit-Datenstrom zu wandeln, wobei eine Verstärkung des zweiten Tiefpassfilters (313) geringer als eine Verstärkung des ersten Tiefpassfilters (423) ist und eine Bit-Breite des zweiten Mehr-Bit-Datenstroms geringer als eine Bit-Breite des ersten Mehr-Bit-Datenstroms ist; und einen Komparator (320), der dazu ausgebildet ist, Werte des zweiten Mehr-Bit-Datenstroms mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen.
Analog-Digital-Wandler-Schaltung gemäß Anspruch 18, wobei der erste Eingangsanschluss (207A), der zweite Eingangsanschluss (207B), der Sigma-Delta-Modulator (410), die Pull-up-Schaltung (500), das erste Tiefpassfilter (423) und die Schaltung (300) zur Erkennung eines offenen Pins in einem gemeinsamen Integrierte-Schaltung-Bauelement integriert sind.